Batterie di standby e carica del galleggiante
Le batterie utilizzate nell’alimentazione di emergenza in standby per apparecchiature di telecomunicazione, gruppi di continuità (UPS), ecc., sono continuamente caricate (o fluttuanti) a una tensione costante pari a OCV + x mV. Il valore di x dipende dal progetto e dal produttore di Standby. Di solito, il valore di galleggiamento sarà da 2,23 a 2,30 V per cella. Una batteria in servizio fluttuante è una batteria sottoposta a una carica continua e viene chiamata a funzionare solo in caso di interruzioni di corrente. Questo valore di potenziale costante è sufficiente per mantenerli in condizioni di piena carica. Oltre a caricare per compensare la scarica precedente, la carica a potenziale costante (CP) compensa i processi di autoscarica che si verificano quando la batteria è inattiva.
Come funziona il caricatore a galleggiante?
Un caricabatterie float carica continuamente le batterie a tensioni prestabilite, indipendentemente dallo stato di carica. L’apparecchio non è scollegato dal caricatore. Le condizioni locali come le interruzioni di corrente e la temperatura ambiente saranno considerate per decidere un’impostazione più esatta della tensione di galleggiamento. La capacità è l’aspetto più importante di questa impostazione. Il caricabatterie può anche avere una funzione di spinta per preparare la batteria per il prossimo spegnimento dove ci sono frequenti interruzioni di corrente.
Le condizioni di carica sono:
- Tipo di carica: Potenziale costante a 2,25-2,30 V per cella, con una compensazione di temperatura da – mV a – 3 mV per cella
- Corrente iniziale: Massimo dal 20 al 40% della capacità nominale
- Tempo di carica: continuo, indipendentemente dal SOC
Alcuni produttori dicono che la carica delle batterie piombo-acido è più efficiente nell’intervallo di 15-30°C e che non è necessaria alcuna compensazione della temperatura se la temperatura ambiente è nell’intervallo da 0 a 40°C. Altrimenti, si può considerare un circuito di compensazione della temperatura incorporato per migliorare l’efficienza della carica. È auspicabile una compensazione della temperatura da meno 2 a meno 3 mV per oCper cella basata su 20-25°C.
La seguente tabella è una guida per la compensazione della temperatura.
Tabella 1. Compensazione della temperatura per la tensione di galleggiamento per una batteria da 12 V
[http:// www. eastpenn-deka.com/assets/base/0139.pdf]
Temperatura, °C | Tensione di galleggiamento, Volt | |
Optimum | Massimo | |
≥ 49 | 12.8 | 13 |
44-48 | 12.9 | 13.2 |
38-43 | 13 | 13.3 |
32-37 | 13.1 | 13.4 |
27-31 | 13.2 | 13.5 |
21-26 | 13.4 | 13.7 |
16-20 | 13.55 | 13.85 |
10-15 | 13.7 | 14 |
05-09 | 13.9 | 14.2 |
≤ 4 | 14.2 | 14.5 |
Cos'è la carica flottante e la carica boost?
L’attrezzatura di ricarica può avere normalmente due tassi di carica. Essi sono:
- Ricarica rapida
- Carica di mantenimento
Le strutture sono di solito incorporate per strutture di spinta rapida per ricaricare la batteria dopo una scarica di emergenza. La parte booster ha invariabilmente un’uscita fino a 2,70 V per cella per ricaricare la batteria per un tipo allagato e fino a 2,4-2,45 per le batterie VRLA. L’uscita di carica di mantenimento è in grado di compensare l’autoscarica e altre perdite interne della batteria, ad un livello di tensione di 2,25 V per cella. Le uscite richieste, in termini di corrente, dipenderanno dalle dimensioni della batteria.
Stazione di ricarica a mensola galleggiante
Per le batterie che non possono essere spedite per diverse settimane, è necessario mantenere la batteria completamente carica fino alla spedizione. Per tali batterie, ci sono due opzioni per la ricarica di mantenimento quando si aspetta nello scaffale. O diverse batterie sono collegate in serie e caricate con una densità di corrente da 40 a 100 mA/100 Ah di capacità nominale o ci possono essere diversi circuiti individuali per caricare ogni batteria separatamente. Tutte queste batterie sono caricate in float a un po’ più del loro OCV come discusso sopra.
Carica galleggiante delle batterie AGM VRLA
La carica a galleggiamento delle batterie AGM non è diversa dalla carica a galleggiamento delle batterie allagate convenzionali. Ma ci sono diverse differenze nel funzionamento del processo di carica del galleggiante che si verifica nelle due varietà.
Le batterie VRLA hanno una bassa resistenza interna e quindi possono accettare molto bene la carica nella parte iniziale del periodo di carica.
Un caricatore a potenziale costante, a tensione regolata e compensata dalla temperatura è il miglior caricatore per le batterie VRLA.
La tensione di carica del CP float è normalmente da 2,25 a 2,30 V per cella. Non c’è limite per la corrente di carica float. Ma, per la carica boost a una tensione CP da 14,4 a 14,7 per le batterie VRLA, la maggior parte dei produttori (sia del tipo allagato che VRLA) stabilisce una corrente massima iniziale del 30-40% della capacità nominale in ampere. Una variazione di ± 1 % sul valore della tensione di galleggiamento e di ± 3 % per la tensione di carica di spinta sono prescritti dalla maggior parte dei produttori.
[1. https://www.thebatteryshop.co.uk/ekmps/shops/thebatteryshop/resources/Other/tbs-np65-12i-datasheet.pdf 2. https://www.sbsbattery.com/media/pdf/Battery-STT12V100.pdf 3. https://eu.industrial.panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf]
Effetti della temperatura sulla durata di galleggiamento delle batterie VRLA
La temperatura ha un’enorme influenza sulla vita delle batterie al piombo acido regolate da valvole. Per ogni 10°C di aumento della temperatura di funzionamento, l’aspettativa di vita si riduce della metà. Le cifre riportate di seguito confermano questo fatto. La durata del galleggiante a 20°C è di circa 10 anni per un particolare prodotto di Panasonic. Ma a 30°C, la vita è di circa 5 anni. Allo stesso modo, la durata a 40°C è di circa 2 anni e 6 mesi [Figure 10 in https://eu.industrial.panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf].
Pagina 6 in http:// news.yuasa. co.uk/wp-content/uploads/2015/05/SWL-Shortform.pdf].
Quindi, se un consumatore vuole andare per una nuova batteria, dovrebbe prendere in considerazione la temperatura ambientale media e la durata a quella temperatura. Se vuole che una batteria duri 5 anni a 30-35oC, dovrebbe scegliere una batteria progettata per 10 anni di vita a 20oC.
Fig 1 Durata del galleggiamento a diverse temperature dei prodotti Panasonic VR
https://eu.industrial.panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf
Fig 2 Durata del galleggiamento a diverse temperature dei prodotti Yuasa (UK) VR
http://news.yuasa.co.uk/wp-content/uploads/2015/05/SWL-Shortform.pdf
Il British Standard 6240-4:1997, dà la dipendenza della vita dalla temperatura tra 20 e 40°C.
Vita ciclica delle batterie VRLA
Rispetto alla vita di galleggiamento, la vita ciclica delle batterie VR sarà più breve a causa della quantità di materiali attivi utilizzati per ciclo. Nel funzionamento float, le batterie sono chiamate a fornire energia solo quando ci sono interruzioni di corrente. Ma, nella modalità ciclica, la batteria viene scaricata fino alla profondità di scarica richiesta(DOD) ogni volta e caricata immediatamente. Questa scarica seguita da una carica è chiamata “ciclo”. La durata del ciclo dipende dalla quantità di materiali convertiti per ciclo, cioè il DOD. Più bassa è la conversione, più alta è la vita. La seguente tabella mostra le vite dei prodotti Panasonic VRLA al 60% e all’80% della capacità di fine vita DOD per tre livelli DOD.
Tabella 2. Cicli di vita approssimativi dei prodotti Panasonic VRLA al 60% e all’80% di fine vita DOD per tre DOD a una temperatura ambiente di 25oC. [Adattato da https://eu.industrial.panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf Figura a pagina 22]
DOD alla fine della vita | Cicli di vita al 100 % DOD | Cicli di vita al 50% DOD | Cicli di vita al 30% DOD |
Vita al 60% DOD | 300 | 550 | 1250 |
Vita all’80% DOD | 250 | 450 | 950 |
- Temperatura e corrente di galleggiamento
Tabella 3. Corrente di galleggiamento a 2,3 V per cella per tre tipi di celle al piombo a diverse temperature
[Adattato da C&D Technologies https://www. cdtechno. com/pdf/ref/41_2128_0212.pdf
Figura 19, pagina 22]
| Temperatura, °C | Corrente approssimativa, mA per Ah20 |
Cellule di calcio inondate | 25 | 0.25 |
30 | 0.35 | |
40 | 0.6 | |
50 | 0.9 | |
60 | 1.4 | |
Cellule VR gelificate | 25 | 0.6 |
30 | 0.75 | |
40 | 1.5 | |
50 | 3 | |
60 | 6 | |
Celle AGM VR | 25 | 1.5 |
30 | 2 | |
40 | 3.5 | |
50 | 8 | |
60 | 15 |
- Test di idoneità al funzionamento con galleggiante [IEC 60896-21 e 22:2004]
IEC fornisce una procedura di prova per verificare l’idoneità delle celle VR per il funzionamento a galleggiante. Le celle o le batterie devono essere sottoposte a una tensione fluttuante di VFloat che deve essere specificata dal produttore nella gamma tipica da 2,23 a 2,30 VOLTS PER CELLULA. La tensione iniziale di ogni cella o batteria monoblocco deve essere misurata e annotata. Dopo 3 mesi, la tensione di ogni cella o batteria monoblocco deve essere misurata e annotata. Dopo 6 mesi di funzionamento galleggiante, le celle o i monoblocchi devono essere sottoposti alla prova di capacità. La capacità effettiva allo scarico deve essere maggiore o uguale alla capacità nominale.
- Variazione della tensione di galleggiamento da cella a cella
A causa delle variabili di processo intrinseche, le tensioni delle singole celle o batterie sono destinate a variare su una gamma di tensione di funzionamento del galleggiante. Piccole differenze nei parametri interni delle piastre come il peso dei materiali attivi, la porosità dei materiali attivi, e le differenze nella compressione delle piastre e nella compressione AGM, la variazione del volume dell’elettrolito, ecc. causano questa variazione. Anche con severe fasi di controllo della qualità (sia nei materiali che nei controlli di processo nelle operazioni dell’unità), i prodotti VR mostrano variazioni da cella a cella con conseguente distribuzione “bimodale” delle tensioni di cella durante il funzionamento del galleggiante.
In una cella convenzionale con eccesso di elettrolita allagato, le due piastre si caricano indipendentemente l’una dall’altra. I gas ossigeno e idrogeno hanno basse velocità di diffusione nelle soluzioni di acido solforico. I gas evoluti durante la carica escono dalle celle perché non hanno tempo sufficiente per interagire con le piastre.
Nelle celle VRLA il fenomeno del ciclo dell’ossigeno rende questo quadro complesso. Come nel caso delle celle allagate, la decomposizione dell’acqua avviene sulla piastra positiva; si verifica anche la corrosione della griglia. Anche se un po’ di ossigeno gassoso fuoriesce dalle celle VR nelle prime fasi della carica fluttuante (a causa delle condizioni non affamate), la creazione di percorsi di gas avviene dopo che il livello di saturazione si riduce dal 90-95% iniziale a livelli inferiori.
Ora, la reazione inversa di decomposizione dell’acqua che si è verificata sulla piastra positiva comincia a verificarsi sulla piastra negativa:
Decomposizione dell’acqua su PP: 2H2O → 4H+ + O2 ↑ + 4e-………………………. (1)
Riduzione di O2 (= ricombinazione di O2) su NP: O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O + (calore) …………. (2)
[2Pb + O2 + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O+ calore] …….. (3)
Dalle reazioni di cui sopra si possono notare i seguenti punti:
- Si vede che il risultato netto è la conversione dell’energia elettrica in calore.
- Così, quando una batteria VR entra nella fase del ciclo dell’ossigeno, le batterie diventano più calde.
- Il gas ossigeno non si perde nell’atmosfera
- Il piombo nel NAM viene convertito in solfato di piombo e quindi il potenziale del NP diventa più positivo; questo risulterà nell’impedire l’evoluzione dell’idrogeno
- Per compensare la diminuzione della tensione NP, le piastre positive diventano più positive e si verifica una maggiore evoluzione di ossigeno e corrosione (in modo che la tensione di galleggiamento applicata non venga alterata). L’ossigeno così prodotto sarà ridotto sul NP, che sperimenta ulteriormente la polarizzazione risultante in un potenziale più positivo per il NP.
A causa della corrente assorbita per la ricombinazione dell’ossigeno, le correnti di galleggiamento sono circa tre volte più alte per le batterie VRLA che per i prodotti allagati, come è stato sottolineato da Berndt [D. Berndt, 5th ERA Battery Seminar and Exhibition, Londra, Regno Unito, aprile 1988, Session 1, Paper 4. 2. R.F. Nelson in Rand, D.A.J; Moseley, P.T; Garche. J; Parker, C.D.(Eds.) Valve-Regulated Lead- Acid Batteries, Elsevier, New York, 2004, Capitolo 9, pagina 258 e seguenti. ].
Tabella 4. Carica a galleggiante: Confronto delle correnti di galleggiamento, evoluzione del calore e rimozione del calore per una batteria ventilata e VRLA
Dettagli | Cella allagata | Celle VR | Osservazioni |
Tensione di galleggiamento per cella, Volt | 2.25 | 2.25 | Stessa tensione di galleggiamento |
Corrente di equilibrio del galleggiante, mA/100 Ah | 14 | 45 | Circa 3 volte di più nelle batterie VR |
Ingresso di energia equivalente, mW | 31,5 mW (2,25 V X 14 mA). | 101,25 mW (2,25 V X 45 mA). | Circa 3 volte di più nelle batterie VR |
Il calore rimosso attraverso la gassificazione, mW | 20,72 mW (1,48 V X 14 mA). (20.7/31.5 – 66 %) | 5,9 (1,48 V x 4 mA) (5.9/101.25 = 5.8%) | Un decimo delle cellule inondate |
Bilancio di calore, mW | 31.5-20.72 = 10.78 | 101.25 – 5.9= 95.35 | |
Conversione della corrente di carica del galleggiante in calore, percentuale | 10.8 | 95 | Circa 9 volte in batterie VR |
- Tensione di gas e di carica
Normalmente, l’efficienza del ciclo dell’ossigeno alla tensione di galleggiamento raccomandata ricombina tutto l’ossigeno generato sulla piastra positiva in acqua sulla piastra negativa e quindi non si verifica alcuna o trascurabile perdita di acqua, e l’evoluzione dell’idrogeno è inibita.
Ma, se la tensione o la corrente raccomandata viene superata, inizia la formazione di gas. Cioè, la generazione di ossigeno supera la capacità della cellula di ricombinare il gas. In casi estremi, sia l’idrogeno che l’ossigeno si evolvono, e si verifica una perdita di acqua, accompagnata da una maggiore generazione di calore.
Tabella 5. Emissione di gas e corrente di galleggiamento a diverse tensioni di galleggiamento della cella VR con elettrolita gelificato, 170 Ah
[Adattato da C&D Technologies www. cdtechno .com/pdf/ref/41_2128_0212.pdf
Figura 17, pagina 21]
Tensione di carica, Volt | Generazione approssimativa di gas, ml al minuto | Generazione approssimativa di gas, ml per Ah al minutoº | Corrente approssimativa, ampere | Corrente approssimativa, milliampere per Ahº |
< 2.35 | Nil | Nil | — | |
2.35 Inizia la gassificazione | — | — | 0.4 | 2.35 |
2.4 | 1.5 | 0.0088 | 0.45 | 2.65 |
2.46 | 3.5 | 0.0206 | 0.6 | 3.53 |
2.51 | 10 | 0.0588 | 1.4 | 8.24 |
2.56 | 24 | 0.1412 | 3 | 17.65 |
º Valori calcolati
- Tensione e corrente di carica
Tabella 6. Tensione di galleggiamento vs. corrente di galleggiamento per batterie VRLA gelate e AGM
[Adattato da C&D Technologies www. cdtechno.com /pdf/ref/41_2128_0212.pdf
Figura 18, pagina 22]
Tensione di galleggiamento (Volt) | Corrente, mA per Ah | |
Batteria VR gelificata | Batteria AGM VR | |
2.20 | 0.005 | 0.02 |
2.225 | 3 | 9 |
2.25 | 6 | 15 |
2.275 | 9.5 | 22 |
2.30 | 12 | 29 |
2.325 | 15 | 39 |
2.35 | 25 | 46 |
2.375 | 30 | 53 |
2.40 | 38 | 62 |
2.425 | 45 | 70 |
2.45 | 52 | 79 |
Tabella 7. Corrente di galleggiamento per batterie allagate al calcio, gelificate e AGM VRLA a diverse temperature per una carica di galleggiamento di 2,3 volt per cella
[Adattato da C&D Technologies www. cdtechno. com/pdf/ref/41_2128_0212.pdf
Figura 19, pagina 22]
Temperatura della cella, °C | Corrente, mA per Ah20 | ||
Batteria al calcio allagata | Batteria VR gelificata | Batteria AGM VR | |
25 | 0.25 | 0.65 | 1.5 |
30 | 0.375 | 0.9 | 2 |
35 | 0.425 | 1.25 | 3 |
40 | 0.55 | 1.6 | 4.1 |
45 | 0.7 | 2 | 6 |
50 | 0.875 | 3.5 | 7.5 |
55 | 1.15 | 3.75 | 11.1 |
60 | 1.4 | 6 | 15 |
- Tensione di galleggiamento, temperatura di funzionamento e durata
Il sovraccarico a una tensione superiore a quella raccomandata riduce drasticamente la vita delle batterie. Questo grafico mostra l’effetto sulla vita del sovraccarico di una batteria al gel.
Tabella 8. Percentuale di durata del ciclo delle celle a gel rispetto alla tensione di ricarica (tensione raccomandata per la carica da 2,3 a 2,35 V per cella)
www. eastpenn-deka. com/assets/base/0139.pdf
Tensione di ricarica | Ciclo di vita percentuale delle celle a gel |
Consigliato | 100 |
0,3 V in più | 90 |
0,5 più | 80 |
0,7 più | 40 |
Ron D. Brost [Ron D. Brost, Proc. Tredicesima conferenza annuale sulla batteria. Applications and Advances, California Univ., Long Beach, 1998, pp. 25-29]. ha riportato i risultati del ciclismo a 12V
VRLA (Delphi) all’80% DOD a 30, 40 e 50 oC.Le batterie sono state sottoposte a una scarica del 100% a 2 ore ogni 25 cicli a 25pC per determinare la capacità. I risultati mostrano che la durata del ciclo a 30oC è di circa 475 mentre, il numero scende a 360 e 135, circa a 40 e 50oC rispettivamente.
L’interrelazione tra tensione del galleggiante, temperatura del galleggiante e durata
Figura 3. La dipendenza della durata del galleggiante dalla tensione e dalla temperatura del galleggiante
[Malcolm Winter,3rd ERA Battery Seminar, 14 gennaio 1982, Londra, (ERA Report No. 81-102, pp. 3.3.1. a
- Volume dell’elettrolito e aumento della temperatura durante la carica del galleggiante
L’aumento di temperatura durante la carica è il minore nelle celle allagate e il maggiore nelle celle AGM VR. La ragione sta nel volume dell’elettrolito che hanno i diversi tipi di cellule. La tabella seguente illustra questo fatto. A causa del maggior volume di elettrolito rispetto alle celle AGM, le celle a gel possono sopportare una scarica più profonda.
Tabella 9. Tipo di batteria e relativi volumi di elettroliti
sv-zanshin .com/r/manuali/sonnenschein _gel_handbook_part1.pdf]
Celle allagate, OPzS | Cellule gelificate, cellule Sonnenschein A600 | Celle AGM, Absolyte IIP | Cellule gelificate, cellule Sonnenschein A400 | Celle AGM, Marathon M, FT |
1 | 0,85 a 0,99 | 0,55 a 0,64 | — | — |
— | 1 | 0,61 a 0,68 | 1 | 0,56 a 0,73 |
— | 1,5 a 1,7 | 1 | 1,4 a 1,8 | 1 |
- La diffusione della tensione sulla carica del galleggiante
La diffusione della tensione in una stringa di batterie VR a galleggiante varia in diversi periodi dopo l’inizio della carica a galleggiante. Inizialmente, quando le celle hanno più elettrolita rispetto alla condizione di inedia, le celle sperimenteranno tensioni più alte e quelle con una buona ricombinazione mostreranno tensioni di cella più basse (a causa di potenziali di piastra negativi diminuiti); le celle con un volume più alto di acido avranno piastre negative polarizzate che mostreranno tensioni di cella più alte portando all’evoluzione dell’idrogeno.
Mentre la somma di tutte le tensioni delle singole celle è uguale alla tensione di stringa applicata, le tensioni delle singole celle non saranno le stesse per tutte; alcune avranno tensioni più alte (dovute alla condizione di non fame e all’evoluzione dell’idrogeno) rispetto alla tensione impressa per cella e altre avranno tensioni più basse (dovute al ciclo dell’ossigeno). Un esempio
di questo fenomeno è dato da Nelson [1. R.F. Nelson in Rand, D.A.J; Moseley, P.T; Garche. J; Parker, C.D.(Eds.) Valve-Regulated Lead- Acid Batteries, Elsevier, New York, 2004, Capitolo 9, pagina 266 e seguenti. 2. R.F. Nelson, Proceedings of the 4th International Lead-Acid Battery Seminar, San Francisco, CA, USA, 25-27 aprile 1990, pp. 31-60.].
Tabella 10. I dati sulla diffusione della tensione delle singole celle per celle VR prismatiche da 300 Ah in un array da 48-V/600-Ah hanno fluttuato a 2,28 volt per cella.
[R.F. Nelson in Rand, D.A.J; Moseley, P.T; Garche. J; Parker, C.D.(Eds.) Valve-Regulated Lead- Acid Batteries, Elsevier, New York, 2004, Chapter 9, page 266 et seq]
Tensione originale | Dopo 30 giorni di carica fluttuante | Dopo 78 giorni di carica fluttuante | Dopo106 giorni di carica fluttuante | ||||
Gamma di tensione, V | Diffusione, mV | Gamma di tensione, V | Diffusione, mV | Gamma di tensione, v | Diffusione, mV | Gamma di tensione, V | Diffusione, mV |
2.23 a 2.31 | 80 | 2,21 a 2,37 | 160 | 2,14 a 2,42 | 280 | 2.15 a 2.40 | 250 |
Si può vedere che alcune celle possono andare alla fase di gassificazione (2,42 V) e alcune più basse della tensione impressa di 2,28 V per cella.
Alcuni autori ritengono che le tensioni delle celle si stabilizzino entro sei mesi di funzionamento del galleggiante e che la variazione delle tensioni delle celle sia entro il ±2,5% del valore medio. Questo significa che per il valore medio di 2,3
VOLTS PER CELLULA, la variazione sarà nell’intervallo di 2,24 – 2,36 (cioè, 60mV in meno o in più per il funzionamento a 2,3V). [Hans Tuphorn, J. Power Sources, 40 (1992) 47-61]
Figura 4. Variazione della tensione di cella di una nuova batteria 370V UPS caricata a galleggiante con tensione di galleggiamento = 2,23 Vpc
[Hans Tuphorn, J. Power Sources, 40 (1992) 47-61]
- La carica fluttuante e l’importanza di controllare le tensioni delle celle:
È molto essenziale controllare le tensioni delle cellule durante i periodi di carica fluttuante. Esperimenti condotto su una batteria VR da 48V/100Ah per telecomunicazioni illustra questo fatto.
Le celle sono state fatte galleggiare a 2,3 V per cella con una corrente di 0,4 – 0 ,6mA/Ah e la temperatura di fine
cellule, la cella centrale e i dintorni erano uguali). La tensione di galleggiamento per la stringa è 2,3 V x 24 celle = 55,2 V.
Tabella 11. 2,3 V Carica flottante di batterie per telecomunicazioni 48 V, 100 Ah, con una corrente di 0,4 – 0 ,6mA/Ah
[Matthews, K; Papp, B, R.F. Nelson, in Power Sources 12, Keily, T; Baxter, B.W.(eds) International Power Sources Symp. Comitato, Leatherhead, Inghilterra, 1989, pp. 1 – 31.]
No. di celle in cortocircuito | La tensione delle celle sale a, Volts | La corrente di galleggiamento aumenta a (mA per Ah) | Temperatura della cella aumentata di, °C | Durata all’aumento della suddetta temperatura, ore | Osservazioni |
Uno | 2.4 (55.2 ÷ 23) | 2.5 | 1 | 24 | Nessun aumento di temperatura |
Due | 2.51 (55.2 ÷ 22) | 11 | 5 | 24 | Aumento minimo della temperatura |
Tre | 2.63 (55.2 ÷ 21) | 50 | 12 | 24 | Inizia a entrare in fuga termica |
Quattro | 2.76 (55.2 ÷ 20) | 180 | 22 | 1 | Va in una condizione di fuga termica. GasH2Sgenerato |
I dati di cui sopra indicano che il cortocircuito di 1 o 2 celle non sarebbe disastroso dal punto di vista termico.
A condizione che le celle VR non siano utilizzate in condizioni abusive (ad es, > 60°C e alte correnti di carica o tensioni di galleggiamento superiori a 2,4 V per cella), non emettono gas H2S o SO2. Se questi gas vengono prodotti, i componenti di rame e ottone circostanti e altre parti elettroniche si contaminano e si appannano. Quindi, è essenziale monitorare le tensioni delle celle delle batterie sul galleggiante.
- Fuga termica
Alte tensioni e correnti di fluttuazione portano a temperature più elevate delle celle. Quindi, una buona ventilazione è un must per tutti i tipi di batterie. Quando la temperatura prodotta all’interno di una cella VR (a causa del ciclo dell’ossigeno e di altri fattori), non può essere dissipata dal sistema della cella, la temperatura aumenta. Quando questa condizione persiste per un periodo più lungo, l’essiccazione dell’elettrolito e l’aumento di temperatura dovuto alla generazione di gas (O2 eH2) porteranno al danneggiamento del vaso della cella e potrebbe verificarsi uno scoppio.
Le figure seguenti mostrano alcuni esempi dei risultati del fenomeno della fuga termica:
Figura 5. Effetti di fuga termica
[https://www. cpsiwa. com/wp-content/uploads/2017/08/14.-VRLA-Battery-White-Paper-Final-1.pdf]
- Galleggiante Tensione di carica e fattore di accelerazione della corrosione della piastra positiva
La tensione di carica ha una grande influenza sulla vita del VRLA come la temperatura. Il tasso di corrosione della cintura positiva dipende dal potenziale al quale la piastra viene mantenuta. Figura[Piyali Som e
Joe Szymborski, Proc. 13° Conf. annuale della batteria. Applications & Advances, gennaio 1998, California State Univ., Long Beach, CA pp. 285-290] mostra che la velocità di corrosione della griglia ha una gamma di valori minimi che è il livello di polarizzazione ottimale della piastra (cioè, da 40 a 120 mV). Questo livello di polarizzazione della piastra corrisponde a un’impostazione ottimale della tensione di galleggiamento. Se il livello di polarizzazione positiva della piastra (PPP) è inferiore o superiore al livello ottimale, il tasso di corrosione della griglia aumenta rapidamente.
Figura 6. Accelerazione di corrosione della griglia positiva rispetto alla polarizzazione positiva della piastra
[Piyali Som e Joe Szymborski, Proc. 13° Conf. annuale della batteria. Applicazioni e progressi, gennaio
1998, California State Univ., Long Beach, CA pp. 285-290]
- Potenziale di piastra e polarizzazione
La relazione tra la tensione del galleggiante e la polarizzazione positiva della piastra (PPP) è molto importante. La figura 7 mostra un esempio di livelli di polarizzazione positiva della piastra (PPP) per varie tensioni di galleggiamento a quattro diverse temperature. La polarizzazione è la deviazione dalla tensione a circuito aperto (OCV) o potenziale di equilibrio. Così, quando una cella al piombo-acido che ha un OCV di 2,14 V (OCV dipende dalla densità dell’acido impiegato per riempire la batteria (OCV = peso specifico + 0,84 V) viene fatta galleggiare a una tensione di 2,21 V, è polarizzata di 2210-2140 = 70 mV. I livelli ottimali di polarizzazione della piastra sono compresi tra 40 e 120 millesimi di volt. La tensione di galleggiamento raccomandata è di 2,30 V per cella.
Figura 7. Esempio di effetti della tensione Float sulla polarizzazione positiva della piastra [Piyali Som e Joe Szymborski, Proc. 13il Conf. annuale della batteria. Applications & Advances, gennaio 1998, California State Univ., Long Beach, CA pp. 285-290]
- Carica galleggiante di una batteria per auto
Se uno vuole caricare a galleggiante una batteria d’auto (o una batteria d’avviamento automobilistica o SLI), dovrebbe optare per un caricatore a potenziale costante che può anche impostare il limite di corrente. Il sistema automobilistico di bordo è progettato per caricare la batteria dell’auto in una modalità di carica a potenziale costante modificata. Questa modalità non permetterà mai alla batteria di superare il limite di tensione impostato e quindi è sicura.
La durata per caricare completamente la batteria dell’auto dipende dal suo stato di carica, cioè, se la batteria è completamente scarica o mezza scarica o completamente scarica e lasciata per alcuni mesi senza una ricarica.
A seconda della corrente nominale (amperaggio) del caricatore e della capacità della batteria, alcune ore o più di 24 ore.
Per esempio, una batteria d’automobile di 12V, 60 Ah di capacità, se è completamente scarica, può essere ricaricata in 25-30 ore se il caricatore è capace di caricare la batteria a 2 o 3 ampere.
Se non conoscete la capacità dell’Ah, potete scoprirla con diversi metodi:
- Dall’etichetta sulla batteria
- Conoscere il modello della batteria per quella particolare auto dal rivenditore.
- Dalla capacità di riserva (RC) se indicata sulla batteria
- Dalla valutazione CCA (ampere di avviamento a freddo) se dato sulla batteria (Riferirsi alla norma indiana o qualsiasi standard di batteria Starter che dà le valutazioni RC e CCA. Esempio IS 14257).
Di conseguenza, possiamo regolare il tempo di ricarica.
È sempre consigliabile scollegare la batteria dal caricatore quando è completamente carica. La tensione rimarrà costante se la batteria è completamente carica. Inoltre, l’amperometro sul caricatore mostrerà una corrente molto bassa nell’intervallo da 0,2 a 0,4 ampere costante per due o tre ore.
- Carica galleggiante delle batterie LiFePO4
La carica delle batterie VR e delle batterie LiFePO4 sono simili negli aspetti:
- Fase 1: entrambi possono iniziare la carica in una modalità a corrente costante (CC) (fino all’80% di ingresso)
- Fase 2: passare alla modalità CP una volta raggiunta la tensione impostata (carica completa)
- Fase 3: La terza fase è la carica di mantenimento (facoltativa nel caso delle celle VR e non necessaria nel caso delle celle LiFePO4 a causa del rischio di sovraccarico e delle reazioni deleterie che accompagnano entrambi gli elettrodi).
La differenza nel primo stadio per i due tipi di batterie è la corrente di carica. Nel caso delle celle LiFePO4, la corrente può arrivare fino a 1 C ampere. Ma nel caso delle batterie VR, si raccomanda un massimo di 0,4 C A. Pertanto, la durata del primo stadio sarà molto breve nel caso delle batterie LiFePO4, fino a un’ora. Ma nel caso delle batterie VR, questa fase richiederà 2 ore a 0,4 C A e 9 ore a 0,1 C A.
Come nella prima fase, anche la seconda fase richiede meno tempo nel caso delle celle LiFePO4 (fino a 15 minuti), mentre ci vogliono da 4 ore (0,4 C A) a 2 ore (0,1 C A).
Quindi, nel complesso, le celle LiFePO4 impiegano circa 3 o 4 ore mentre le celle VR impiegano da 6 ore (a 0,4 C A e 2,45 V CP di carica) a 11 ore (a 0,1 C A e 2,30 V CP di carica)
Figura 8. Carica a tensione costante delle celle Panasonic VR a 2,45 V e 2,3V per cella a diverse correnti iniziali [https://eu.industrial. panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf]
Note:
Condizioni di prova:
Scarico: 0,05 C A scarica a corrente costante (20 h di tasso)
Tensione di spegnimento: 1,75 V per cella
Carica: 2,45 V per cella —————–
2,30 V per cella ___________
Temperatura: 20°C
Figura 9. Profilo di carica della batteria VRLA
[https://www. power-sonic. com/blog/how-to-charge-lithium-iron- phosphate-lifo4-batteries/]
Figura 10. Profilo di carica della batteria LiFePO4
[https://www. power-sonic.com/blog/how-to-charge-lithium-iron-phosphate -lifepo4-batteries/]
Come detto all’inizio, la fase di carica di mantenimento non è necessaria per le celle LiFePO4. Può essere necessario per le cellule VR dopo un periodo di conservazione di alcuni mesi. Ma se è previsto un uso prolungato, le celle VR possono essere messe in carica di mantenimento a 2,25-2,3 V per cella.
Le celle LiFePO4 non dovrebbero essere conservate al 100% SOC ed è sufficiente che siano scaricate e caricate al 70% SOC una volta ogni 180 giorni fino a 365 giorni di stoccaggio.
La tensione di carica (per esempio 4,2 V per cella al massimo) dovrebbe essere controllata entro ± 25-50 mV per cella, a seconda della chimica della cella, delle dimensioni della cella e del produttore. Una corrente di 1C ampere è applicata inizialmente fino al raggiungimento del limite di tensione della cella. In seguito, la modalità CP è attivata. Quando la tensione massima si avvicina, la corrente scende ad un ritmo costante fino alla fine della carica con una corrente di circa 0,03 C, a seconda dell’impedenza della cella. Con una corrente iniziale di 1 C ampere, una cella agli ioni di litio raggiunge la carica completa in 2,5 a 3 ore.
Alcuni produttori permettono di aumentare la corrente iniziale a 1,5 C ampere. Ma la corrente iniziale di 2,0 C ampere non è generalmente permessa dai produttori, perché le correnti più alte non diminuiscono il tempo di carica in modo apprezzabile. [Walter A. van Schalkwijk in Advances in Lithium-Ion Batteries, Walter A. van Schalkwijk and Bruno Scrosati (Eds.), Kluwer Academic, New York, 2002, Ch 15, page 463 et seq.]
Anche se si dichiarano ricariche molto brevi per le celle LiFePO4, va notato che l’investimento sarà molto alto per un tale caricatore considerando la potenza del caricatore.
In termini pratici, possiamo caricare una batteria Li-ion da 100 Ah a 100 ampere (1C ampere) mentre una batteria VR equivalente può essere caricata al massimo a 40 ampere (0,4 C ampere). La corrente di coda per le celle Li sarebbe per questa batteria di 3 ampere, mentre per la batteria VR la corrente di galleggiamento di fine carica sarebbe di circa 50 mA. La durata complessiva della carica sarà di 3 o 4 ore per una cella Li e una cella VR, sarebbe di circa 10 ore.
Non c’è bisogno di una carica di mantenimento per le celle Li, mentre per le celle VRLA, possono avere bisogno di una carica di mantenimento dopo 3 o 4 mesi. Le celle VR possono essere conservate al 100% di SOC, mentre quelle al litio devono essere conservate a meno del 100% di SOC.
Le celle Li-ion completamente cariche non devono essere ulteriormente caricate. Qualsiasi corrente fornita a una batteria Li-ion completamente carica provocherà un danno alla batteria. Un piccolo sovraccarico può essere tollerato, ma le condizioni estreme porteranno allo scoppio e all’incendio se non protetto dal sistema di gestione della batteria (BMS)
Per ulteriori letture si prega di fare riferimento a https://battlebornbatteries.com/charging-battleborn-lifepo4-batteries/
https://www.electronicsweekly.com/market-sectors/power/float-charging-lithium-ion-cells-2006-02/
Figura 11. Fasi di carica per un algoritmo di carica standard agli ioni di litio
[Walter A. van Schalkwijk in Advances in Lithium-Ion Batteries, Walter A. van Schalkwijk and Bruno Scrosati (Eds.), Kluwer Academic, New York, 2002, Ch 15, page 464.]
- Galleggiante carica batterie agli ioni di litio – galleggiante tensione agli ioni di litio
La carica fluttuante non è necessaria per le batterie Li-ion. Inoltre, non dovrebbero essere conservati in uno stato di carica completa. Possono essere scaricati e caricati al 70% SOC una volta ogni 6-12 mesi se si prevede un lungo stoccaggio.
carica a galleggiante e carica di mantenimento
- Qual è la differenza tra la carica di mantenimento e la carica a galleggiante?
Laricarica di mantenimento è una carica di mantenimento per ricaricare la carica. Una carica di mantenimento compensa solo l’autoscarica. A seconda dell’età e delle condizioni della batteria, una densità di corrente di 40
a 100 mA/100 Ah di capacità nominale può essere necessario durante la carica di mantenimento (carica di mantenimento). Queste batterie devono essere ricaricate dopo ogni scarica. Una volta che la batteria è completamente carico, dovrebbe essere scollegato dal caricatore. Altrimenti, la batteria sarà danneggiata.
La carica flottante è una carica continua a tensione costante e la batteria è sempre pronta a fornire l’energia necessaria perché è sempre in una condizione di piena carica.
Per quanto tempo si può caricare una batteria in modo galleggiante?
Le tensioni di carica fluttuante sono mantenute a un valore abbastanza alto per compensare l’autoscarica della batteria e per mantenere la batteria in una condizione di piena carica in ogni momento, ma abbastanza basso per minimizzare la corrosione della griglia positiva. La corrente di carica dipende in larga misura dal profilo di carico. La corrente sarà più alta dopo un distacco di carico. Le batterie non vengono mai sovraccaricate in questa modalità. Quando è inattivo per molto tempo, la corrente di galleggiamento sarebbe da 200 a 400 mA per 100 Ah di capacità.
La batteria non è mai scollegata dal caricatore. La batteria galleggia sul bus del caricatore.
- Come calcolare la corrente di carica del galleggiante
Il caricatore a galleggiante fornisce la corrente dopo aver rilevato la tensione della batteria. Quindi, non c’è bisogno di calcolare la corrente di carica del galleggiante. Solo, si può limitare la corrente di spunto iniziale a un massimo di 0,4 C ampere. Poiché la carica flottante è un caricatore a potenziale costante, ridurrà automaticamente la corrente al livello richiesto. Piuttosto, la batteria riceverà solo ciò che vuole. Normalmente tutte le batterie VR sono fluttuanti a 2,3 V per cella. La batteria completamente carica riceverà solo da 0,2 a 0,4 A per 100 Ah di capacità della batteria.
- Differenza tra carica boost e float
La carica boost è un metodo di carica a corrente relativamente alta a cui si ricorre quando una batteria scarica deve essere utilizzata in caso di emergenza, quando non sono disponibili altre batterie e il SOC non è sufficiente per
i lavori di emergenza. Così, una batteria al piombo-acido può essere caricata a correnti elevate a seconda del tempo disponibile e del SOC della batteria. Dal momento che i caricatori veloci sono disponibili al giorno d’oggi, la ricarica rapida è familiare oggi. Normalmente questi caricatori boost iniziano la carica a 100A e si assottigliano fino a 80A. La cosa più importante è che la temperatura non deve superare i 48-50oC.
La carica float è una carica continua a potenziale costante a 2,25-2,3 V per cella VR. La carica fluttuante mantiene la batteria pronta a fornire energia in qualsiasi momento. La batteria è sempre mantenuta a questo livello e, dopo uno stacco di corrente, il caricatore fornisce una corrente elevata, che si assottiglia a circa 0,2 a 0,4 A per 100 Ah di capacità della batteria quando questa è completamente carica.
- Assorbire la carica e la carica galleggiante
Il lacarica a corrente costante in un modo di carica CC-CP (IU) quando la batteria riceve la maggior parte dell’input è chiamata “fase di carica alla rinfusa” e il La caricain modalità a potenziale costante durante la quale la corrente si assottiglia è chiamata “fase di carica ad assorbimento” e questa tensione di carica in modalità CP è chiamata tensione di assorbimento.
Spero che questo articolo vi sia stato utile. Se avete suggerimenti o domande, non esitate a scriverci. Leggi carica galleggiante in Hindi in altre lingue menu. Si prega di vedere il link per ulteriori letture sulla carica del galleggiante
